钙钛矿基叠层太阳电池I-V测试编制说明

《钙钛矿基叠层太阳电池I-V测试》（征求意见稿）

编制说明

（一）工作简况，包括任务来源、制定背景、起草过程等；

1、任务来源及制定背景

根据国家能源局综合司下达的《2023年能源领域行业标准制修订计划及外文

版翻译计划》（国能综通科技〔2023〕111号）。《钙钛矿基叠层太阳电池I-V测试》

由中国电器工业协会专家组(NEA/WG22)归口上报及执行，主管部门为中国电器工

业协会，标准项目编号为“能源20230250”，牵头起草单位为隆基绿能科技股份

有限公司等。

叠层太阳电池作为最具潜力的新兴光伏技术，晶硅/钙钛矿串联叠层电池中

实现32.5%的转换效率，证明了钙钛矿基叠层电池在太阳能组件中的前景。然而，

在为光伏行业市场做好商业准备之前，必须解决重大的技术挑战。美国能源部太

阳能技术办公室将钙钛矿光伏产业化的主要技术障碍分为三类：稳定性和耐用性、

组件效率和制造。虽然目前产业端已给出多种解决办法，但是，开发并规范针对

钙钛矿基叠层太阳电池的测试标准对这些技术障碍作基本和定量的理解是很有

必要的。目前，国际上通用的测试方法均来自于国际电工委员会（IEC），然而IEC

的所有标准几乎都是为产业化光伏技术（Si、CdTe等）量身定做的，不能完全适

应钙钛矿基叠层太阳电池相关测试。

与晶硅电池相比，钙钛矿电池材料拥有独特的材料特性，特别是在光谱响应

及I-V测试中，钙钛矿电池显示出独有的迟滞响应特性，这就需要在钙钛矿基叠

层电池的测试中引入稳态光源以获得稳态的响应输出，同时针对其响应特性制定

可靠的信号采集和数据处理方法。因此，现有的针对硅电池的IEC测试标准并不

完全适用于钙钛矿基叠层太阳电池，现有的测试也可能过度或者促进钙钛矿基叠

层电池器件相关性能测试的不相关或非典型模式。

另一方面，针对钙钛矿基叠层太阳电池的测试中，测试参数、测试步骤以及

测试设备的性能也对最终的测试结果有着很大的差异。比如针对单结和叠层钙钛

矿太阳电池的光谱响应度测试中针对两种电池的偏压及偏光选择、总计测试时间、

测试设备性能水平以及整个测试步骤不统一，就会导致最终的测试数据差异；此

外，钙钛矿材料具有高效的光致发光和电致发光特性，因此，在基于钙钛矿电池

的叠层电池测试中需要考虑其发光特性对叠层子电池光电响应的影响。这些区别

于晶硅电池材料的钙钛矿材料本征特性引起的测试方法的差异不利于行业内信

息统一，不利于真正评估器件性能，从而不利于器件性能的改进提升。因此，为

了解决钙钛矿太阳电池面临的主要制约问题，进一步提升器件效率，采用统一的

测试标准，从而对如何确定器件性能达成共识，是非常重要且有必要的。

2、主要工作过程

（1）草案的调研与编写阶段：

隆基绿能股份有限公司（以下简称隆基绿能）于2021年成立了“钙钛矿-晶

硅叠层电池”研发团队，研发内容涵盖了原材料的合成，工艺的优化，以及电池

性能的测试与表征。经过了数年的探索，于2023年10月创造了33.9%的世界纪录。

在此期间，研发团队内成立了专门的标准起草工作组，开始参与并制定叠层电池

相关标准。2022年03月，工作组搜集现有的国内外标准相关资料，并进行了汇总、

整理和分析，初步撰写《钙钛矿基叠层太阳电池I-V测试》，并于2023年06月提交

国家能源局标委会工作会议讨论。

（2）第一次工作组会议

2024年4月12日在西安召开了《钙钛矿基叠层太阳电池I-V测试》行业标准工

作组会议，与会专家对标准一稿进行了讨论。

（3）第二次工作组会议

2024年6月18日在西安召开了《钙钛矿基叠层太阳电池I-V测试》行业标准第

二次工作组会议，与会专家对标准一稿进行了讨论并提出修改意见。

（4）2024年6月19日至2024年7月12日，标准编制组根据专家意见修改完善

标准草案，形成标准征求意见稿。

（二）标准编制原则、主要内容及其确定依据，修订标准时，还包括修订前后

技术内容的对比；

1、标准编制的原则

本标准的编写过程严格按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分:标准

化文件的结构和起草规则》的格式要求。

2、主要内容的论据，解决的主要问题以及修订标准的差异

本标准考虑了钙钛矿基叠层太阳电池I-V测试的特殊性，相比与传统的晶硅

电池，钙钛矿基叠层电池的I-V测试不可再采用传统的快速I-V测试，而须采用

稳态I-V测试，如此获得的测试数据以及计算出来的相关参数才更具有参考意义。

为此，在本标准中，主要规范了稳态电学信号的判定方式与判定标准，即基于电

学信号在一定时间窗口内的变化率，并提出采用渐进法Pmax扫描来获得钙钛矿

基叠层电池的I-V测试数据，依此来规范钙钛矿基叠层电池领域的I-V测试。此

外，本标准中对测试过程中每一步的参数设定够给出了详尽清晰的说明，提高了

测试标准在执行过程中的可行度。

（三）试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、社会效

益和生态效益；

为确保标准的科学性和适用性，起草组对钙钛矿基叠层太阳电池的I-V测试

进行了多次试验验证，最终形成符合行业需求的I-V测试标准，具体试验验证情

况如下：

Figure1，（左图）采用渐进法Pmax扫描得到的钙钛矿基叠层电池的I-V测试数据；（右图）基于左图计

算出来的功率-电压图谱，以及五阶多项式拟合结果，从中得到电池的稳态Pmax数值，此处Pmax=33.28

mWcm-2。

上图（Figure1）为渐进法Pmax扫描结果的实例展示,此处采用均为标准草案

中的参数，测试样品为钙钛矿-晶硅两端叠层太阳电池。基于渐进法Pmax扫描，

我们得出该电池的稳态I-V数据，并从中计算出Voc，Jsc，FF，以及光电转换

效率PCE等参数。

Figure2，当扫描电压固定时（此处为1.59V），叠层太阳电池中电流信号的动态变化测试结果，

以及基于相对变化率参数选取出的“稳态电流信号区域”。

上图（Figure2）中，我们展示了一个典型的钙钛矿基叠层电池中电流信号的

动态变化图，这里扫描电压固定为1.59V，可以看出在300秒观测窗口内，电

流一直变化，从20.176上升到20.204mAcm-2。而相对变化率（changerate，

单位min-1）则是上下震荡，且振幅从最初的0.5%min-1，在150s以后下降到

了0.1%min-1，进入到了标准草案中所设定的稳态范围，如图中阴影部分所示。

在这部分区域所采集到信号的平均值，作为最终稳态电流信号的输出值，在标准

草案中，我们建议在稳态区域的采集窗口为30s。

Figure3，不同宽度的观测窗口对相对变化率的影响。这里测试样品为钙钛矿-晶硅两端叠层电

池，所加电压为1.59V，测试时长为300s。

基于标准草案中的公式，相对变化率的大小与观测窗口的宽度有关，结果如

上图（Figure3）所展示。当观测窗口仅有10s时，相对变化率的震荡幅度明显

偏大，而随着观测窗口的延长，相对变化率的变化逐渐趋于平缓，且震荡幅度也

大为减小，表明有更多的测试数据满足标准草案中的稳态要求。然而，更长的观

测窗口意味着更长的测试时间。在当前标准草案中，我们规定观测窗口为60s，

这是因为在实际的测试中，我们发现这个宽度的观测窗口可以在“稳态判据要求”

与“合理的测试时长”之间取得一个平衡，且也能满足我们所遇到的钙钛矿基叠

层太阳电池的稳态IV测试需求。

太阳电池的开发与推广已经符合国家的长久利益，既包括经济利益，也包括

环境效益，符合2020年09月国家主席习近平在第七十五届联合国大会提出“碳

达峰·碳中和”战略目标，也符合2022年9月20日，国家能源局《能源碳达峰

碳中和标准化提升行动计划》的通知，以及国家标准化管理委员会2023年4月

1日联合多个部位发布的《碳达峰碳中和标准体系建设指南》（国标委联〔2023〕

19号）。而太阳电池的开发与推广离不开进一步的效率提升，在此方面，叠层电

池的作用不可替代。为了进一步开发叠层电池的效率，需要对其做详细的分析、

表征以及标准化的测试，而量子效率测试可以被认为是其中最重要的一项测试。

所以，制定一项“叠层太阳电池量子效率测试方法”的相关标准，以满足全行业

的需求，已是当下标准化工作任务的重中之重。

（四）与国际、国外同类标准技术内容的对比情况，或者与测试的国外样品、

样机的有关数据对比情况；

国际标准方面，没有专门适用于钙钛矿基叠层太阳电池I-V测试的标准，目

前公布的标准仅适用于晶硅等无机半导体材料，分别是单结电池的IEC60904-1：

2020，Photovoltaicdevices-Part1:Measurementofphotovoltaic

current-voltagecharacteristics；以及多结电池的IEC60904-1-1：2017,

Photovoltaicdevices–Part1-1:Measurementofcurrent-voltage

characteristicsofmulti-junctionphotovoltaic(PV)devices。

国内标准方面，也没有专门适用于钙钛矿基叠层太阳电池I-V测试的标准，

目前公布的标准有，针对硅基单节电池的JJF1622–2017，太阳电池校准规范：

光电性能；以及钙钛矿单结电池的T/CPIA0032–2022，钙钛矿光伏电池及组件

的电流-电压（I-V）特性测量方法。

综上所述，为使我国的光伏产业在钙钛矿基叠层太阳电池领域取得领先地位，

有必要制定此标准，以弥补在此方面的空白。

（五）以国际标准为基础的起草情况，以及是否合规引用或者采用国际国外标

准，并说明未采用国际标准的原因；

本标准在制定过程中未查到同类国际、国外标准。

（六）与有关法律、行政法规及相关标准的关系；

本标准与现行相关法律、法规、规章相协调一致。

（七）重大分歧意见的处理经过和依据；

无。

（八）涉及专利的有关说明；

本标准不涉及专利问题。

（九）实施标准的要求，以及组织措施、技术措施、过渡期和实施日期的建议

等措施建议；

1、本标准